变形杆菌属(Proteus spp.)作为聚乙烯(PE)生物修复剂的潜力：分离鉴定与降解效能比较分析

为解决全球聚乙烯(PE)微塑料污染难题，研究人员从城市塑料垃圾场分离出两株变形杆菌——Proteus penneri ND-SD-4709和Proteus vulgaris BKB-SD-13892，通过120天降解实验证实其PE降解率分别达19.13±0.40%和17.30±0.55%，结合FT-IR、FE-SEM和GC-MS分析揭示其通过β-氧化途径高效矿化PE的机制，为开发环境友好型塑料废物处理技术提供新思路。

　　

在全球塑料年产量超4亿吨、PE占比27%的背景下，聚乙烯(PE)因其惰性C-C骨架可在环境中存续数百年，并吸附重金属形成微塑料(MPs)进入食物链，引发内分泌紊乱等健康风险。传统焚烧和填埋法会释放有毒物质，化学降解又面临催化剂失活等瓶颈，而目前已知的PE降解微生物不足20种。针对这一困境，印度加尔各答中央内陆渔业研究所的团队从城市塑料垃圾场"淘金"，筛选出两株能"吃塑料"的变形杆菌，为PE污染治理提供了生物解决方案。

研究团队采用碳游离基础培养基(LCFBM)筛选菌株，通过16S rRNA测序鉴定物种；运用称重法计算降解率，结合一级动力学模型分析降解速率常数(K)和半衰期(t_1/2)；采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)检测羰基指数变化，场发射扫描电镜(FE-SEM)观察表面侵蚀形貌，气相色谱-质谱(GC-MS)鉴定降解中间产物。所有实验设置三重生物学重复，数据经SPSS 25.0进行ANOVA分析。

3.1 细菌鉴定与系统发育分析

从印度巴拉克普尔等4个塑料垃圾场分离的25株菌中，筛选出两株高效降解菌，经16S rRNA鉴定分别为Proteus penneri ND-SD-4709和Proteus vulgaris BKB-SD-13892，其序列已提交GenBank。

3.2 失重实验

120天降解实验显示，两菌株对PE粉末的失重率呈时间依赖性增长，P. penneri降解效能显著优于P. vulgaris(p<0.05)。前者降解率19.13±0.40%，K值0.00177±0.00003 day^-1，半衰期391.80±8.69天；后者对应数据为17.30±0.55%、0.00158±0.00006 day^-1和438.22±15.31天。动力学回归分析R²值均>0.98，对照组无降解迹象。

3.3 傅里叶变换红外光谱分析

FT-IR显示两菌株处理的PE在1722 cm^-1处均出现羰基峰，P. penneri样品在3447 cm^-1处羟基吸收更强(59.59%T vs 66.73%T)，1639 cm^-1处出现C=C键特征峰，提示其氧化降解更活跃。

3.4 场发射扫描电镜观察

FE-SEM揭示P. penneri在60天即产生微坑纹理，120天出现层状分裂和穿孔；P. vulgaris初期仅表面粗糙化，后期形成纤维状裂纹。前者侵蚀模式更剧烈，显示更强的表面降解能力。

3.5 气相色谱-质谱解析

GC-MS检测到P. penneri产生C₁₆-C₂₈伯醇(44.39%)和脂肪酸(6.15%)，包括β-氧化终产物草酸(1.39%)；P. vulgaris则积累更长链烯烃(1-二十六碳烯达10.85%)。碳矿化指数(CMI)分析显示P. penneri的碳流向终端氧化比例达47%，显著高于P. vulgaris的21%。

这项发表在《International Biodeterioration》的研究首次系统比较了变形杆菌属两物种的PE降解效能，揭示P. penneri ND-SD-4709通过优化的AlkB单加氧酶和醛脱氢酶协同作用，实现从链断裂到β-氧化的高效代谢通路。其降解效率超越多数已报道菌株，如Pseudomonas aeruginosa(20%/120天)和Bacillus velezensis(8.01%/90天)。研究建立的"失重-FT-IR-FE-SEM-GC/MS"多模态评估体系，为后续降解菌筛选提供标准化流程。未来通过宏基因组学解析关键酶基因，结合代谢工程强化降解通路，有望推动PE生物降解技术的实际应用，助力解决白色污染这一全球性环境挑战。